哈工大机械设计大作业螺旋传动设计千斤顶

HarbinInstituteofTechnology

机械设计大作业说明书

大作业名称：螺旋传动设计

设计题目:设计螺旋起重器（千斤顶）

班级：1215102

设计者：张紫薇

学号：1121510208

指导教师:_________张篷____________

设计时间：2014年10月6日

哈尔滨工业大学

目录

一、设计任务

书..........................................................1

二、各部分尺寸计算及校核

1、选择螺杆、螺母的材

料...................................................................2

2、耐磨性计

算.................................................................................2

3螺杆各部分尺寸计

算.....................................................................2

4螺杆强度校

核..............................................................................2

5、螺母螺纹牙强度计

算.....................................................................3

6螺纹副自锁条件校

核.....................................................................4

7、手柄设

计...................................................................................4

8螺杆的稳定性校

核........................................................................5

9、螺母外经及凸缘设

计.....................................................................6

10、底座设

计................................................................................6

11、其他零件相关尺

寸...................................................................7

三、参考文

南长...........................................................................8

1、选投螺杆、螺母的材料

螺杆采用45号钢，由参考文献［3］查得抗拉强度g=600MPa,0、=355MPa：,

螺母材料用铝青铜ZCuAI10Fe3(考虑速度低)。

2、耐磨性计算

根据螺纹的耐磨性条件p,=—匕《［“，引进系数以消去〃并且对于梯形螺纹，

7td2hHd2

h=0.5p,因此得

d-,20.8/―F~~=0.8J;-----=23.4mm

yy/［p］V1.6x22

式中4-一螺杆螺纹中径，mm;

F—螺杆所受轴向力，即起重量，kN;

〃——根据螺母结构选定，对于整体式螺母取材=1.2~2.5,此处取材二1。6;

［〃］一滑动螺旋副材料的许用压强，根据参考文献［2］中表8.11,当螺杆和螺母副材

料分别是钢和青铜且低速滑动时，许用压强［p］=18~25,此处取［p］二22o

3、螺杆各部分尺寸计算

按砥研磨性计异求出a=23.4mm,根据参考文献［3］中表11.3,选取适当的公称直径片28mm,

以及相应的螺距匹5mm。则螺纹牙的工作高度后0.5片2.5mm。

再极据参考文献［3］表11。4,当螺距片5mm时,外螺纹小径即螺杆小径4=/5.5=22.5mm；

内外螺纹中径。2二4二2。5=25o5mmo因此”=〃4=1.6x25.5=40.8mm。

螺纹旋合圈数Z=—=.'=8.16<10o

P5

4、螺杆强度校核

螺杆断面承受轴向力厂和转矩7■的作用，其中e30kN。

螺杆所受转矩T=Ftan(/t+p,)^-

其中A----螺纹升角，X-arctan-^―。

7id2

-1-

p---当量摩擦角，/?*=arctan/，zo

将九与p'代入转矩公式得

pd、

T=Ftan(arctan-^-+arctan

5255

=30x1()3xtan(arctan-----+arctan0.10)x^^=62347.5N•mm

25.5%2

式中f——螺纹副的当量摩擦系数，根据参考文献［2］中表8.13,钢与青铜间当量摩擦系数界限

为0.08—0。10,此处取广二0.10。

根据第四强度理论，螺杆危险截面的强度条件为

4F167.]

(T=-7T工⑸

成皿)

式中口］——螺杆许用应力。根据参考文献［2］中表8。12,钢材许用应力⑸=q/（3~5）,

此处取［b］=q/3.其中屈服极限0、可由机参考文献［3］中表10。2查得45号

钢q=355MPa,则匕]=118.3MPa。

由已有数据得

222

r4FI6T‘4x30x103、16x62347.5?

+3118.3MPa=+

ml、万X22.5?)(4x22.53

=89.578MPa＜［＜T］=118.3MPa

经验证，螺杆强度合格.

5、螺母螺纹牙强度计算

螺母螺纹牙根部的剪切强度为

30x103

F=12.86MPa<[r]

ndbz^-x28x3.25x8.16

螺纹牙根部的弯曲强度为

坐=3X30X1032.5MPa工同

1加幼2)x28x8.16x3.252L*

式中十-螺母螺纹大径，mm：

h-蟀纹牙工作高度，mm;

-2-

b----螺纹牙根部厚，梯形螺纹的〃=0.65P,mm;

㈤、b]h——许用切应力，根据参考文献⑵中表8。12,青铜的许用应力范围为

=40~60,卜卜30〜40。

经验证，螺纹牙强度合格。

6、螺纹副自锁条件校核

对于有自锁要求的螺旋，要满足条件4工〃。

在螺杆强度校核过程中，已得兄=arctan-^―-arctan——-——=3.57;

加/,7rx25.5

p'=arctanf=arctanO.10=5.71;

因此螺纹副自锁条件合格。

7、手柄设计

加在手柄上的力分为螺纹副之间相对转动的阻力矩7；和托杯支承面间的摩擦力矩4。设加在

手柄上的力F手=300N,手柄长度为4则FL=7；+不。有

7；=62347.5N-mn

二」7%2(-0+2(」x0.12x30x1O'x，。4-21：-?24+2,：工67894N

23C(D-2)2-(D,I2)23(50.42)2(22.4I2)2

其中£)=1.84=50.4mm,=0.8^=22.4mm;

摩擦因数取f=Q.12o

.T+T62347.5+67894日。乂木特

L=—}——-2=---------------------=434.14mm，取L=2(X)mm,加套同长300mm。

F300

选择45号钢为手柄材料,其受弯曲应力为

crb=—<[cr]b

L

Wz」

v*4-»7CD

式中W7/=k；

32

佐々62347。5Nrnm;

[o-l=^=—=236.7MPa。

L」1.51.5

-3-

mu,八、p2（7：+7；）［32x（62347.5+67894）

因此D>3—r——----------------=17.77mmo

\V%x236.7

贝可选取柄=18mm。

8、螺杆的稳定性校核

对于细长的受压螺杆，当轴向压力F大于某一临界值时，螺杆会发生横向弯曲而失去稳定。

受压螺杆的稳定性条件式为

”之2.5

F

式中匕为螺杆稳定的临界载荷。

临界载荷与螺杆材料及长径比（柔度）4=必=坦有关。

i&

/为螺杆最大工作长度，对于起重器来说，

H般寸408

/=H。++2d不柄+/退刀槽=180+—+36+6.5=242.9mm

22

其中傀刀槽可由参考文献［3］中表11.20根据螺距e5查得/退刀惜=6o5;

d户柄二18mm,则固定手柄的孔的最外部直径％=2cl=36mm.

1Jr*irM>

由以上结果可求得行必=出=4x2.0x242.9=8636

/422.5

式中A—长度系数，端部支承情况可视为一端固定，一端自由。根据参考文献［2］中

表8。14查得，〃=2.0.

i——螺杆危险面的惯性半径，其中彳为危险截面的面积，mmo

VA4

选月淬火钢，则当义之85时，临界载荷

72七/_72X2.07X1X1258056

=108.907kN

(4)2-64x(2.0x242.91

则有区=1°&9°於=3g3>2.5,因此螺杆稳定性合格。

F30kN

式中/——螺杆危险板面的轴惯性矩，/=q="'22.54=］258（）.56mm1

6464

E■一蟀杆材料的弹性模量，对于钢£=2.07x105MPa.

-4-

9、螺母外经及凸缘设计

螺纹夕卜径O?=1.51=1.5x28=42mm

螺纹凸缘夕卜径D.x\AD2=1.4X42=58.8mm

螺纹凸缘厚丽=0.25/7=0.25x40.8=10.2nm